CN105300530B - 带有读出电路的太赫兹波探测器 - Google Patents
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Abstract
一种带有读出电路的太赫兹波探测器，包括太赫兹波探测元件、放大器电路、模数转换器和低通数字滤波器。其中，太赫兹波探测元件包括天线、匹配网络以及用于探测的场效应晶体管；其中，天线将接收到的太赫兹波信号经过匹配网络传输给场效应晶体管的源极，场效应晶体管的栅极外接固定偏置，场效应晶体管漏极输出一与接收到的太赫兹波信号幅度成比例的直流探测信号，此直流信号经过放大器电路放大，放大器电路的输出信号经模数转换器转换为数字信号，输出的数字信号经低通数字滤波器滤除高频噪声而取出所需要的探测信号。本发明的太赫兹波探测器可在硅基工艺上实现，易于集成，面积小，可实现大规模阵列式的太赫兹波探测器。
Description
技术领域
本发明涉及太赫兹波探测技术领域，更具体地涉及一种带有读出电路的太赫兹波探测器。
背景技术
太赫兹波是指频率在0.1THz～1THz范围内的电磁波，其波段位于微米波和红外光之间。太赫兹波具有许多独特特点，例如太赫兹波的穿透特性使其可用于安检成像中，并且太赫兹波与许多生物大分子的振动同频，这也为生物医疗开辟了新的途径。由于目前太赫兹波光源辐射功率普遍比较低，从而导致现有太赫兹波探测元件输出探测信号小，信噪比低等缺点，目前太赫兹波探测器普遍需要外部光斩波器与锁相放大器系统才能将太赫兹波探测信号检测出来，其系统繁琐庞大，不易于实现阵列式的太赫兹波探测器。
发明内容
有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种带有低噪声读出电路的可直接将探测到的太赫兹波信号数字化的太赫兹波探测器。本发明的另一目的在于提供一种可在硅基工艺上实现高度集成化的太赫兹波探测器。
为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种带有读出电路的太赫兹波探测器，包括：
太赫兹波探测元件，用于输出一与接收到的太赫兹波信号幅度成比例的直流探测信号；
放大器电路，用于将所述太赫兹波探测元件输出的直流探测信号进行放大，并输出到模数转换器；
模数转换器，用于将所述放大器的输出信号转换为数字信号，并输出到低通数字滤波器；
低通数字滤波器，用于将输入的数字信号滤除高频噪声而取出所需要的探测信号。
其中，放大器电路是采用电学斩波技术抑制放大器自身低频闪烁噪声的仪表放大器，其包括放大器和位于所述放大器输入、输出端的两个电学斩波器。其原理是太赫兹波探测元件输出的直流探测信号经第一个电学斩波器调制后转移到比较高的频段，然后才送给放大器进行放大，从而在频域上将太赫兹波探测元件输出的探测信号与位于低频的闪烁噪声分隔开，之后通过第二个电学斩波器解调将放大的探测信号解调回直流，而位于低频的放大器自身的闪烁噪声则被第二个电学斩波器调制到高频，在放大器电路后端接过采样型模数转换器，输出的数字信号经过低通数字滤波器滤除掉被调制到高频的放大器自身低频闪烁噪声，从而达到降噪的目的。
基于上述技术方案可知，本发明的太赫兹波探测器具有如下创新和有益效果：本发明提供了一种带有低噪声读出电路可直接将探测到的太赫兹波信号数字化的太赫兹波探测器，可在硅基工艺上实现，易于集成，面积小，可实现大规模阵列式的太赫兹波探测器。
附图说明
图1为本发明的太赫兹波探测器的结构示意图；
图2为本发明的探测元件的结构示意图；
图3为本发明的放大器电路的结构示意图；
图4为本发明的放大器电路所采用的电学斩波技术的实现示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
本发明公开了一种带有读出电路的太赫兹波探测器，该太赫兹波探测器包括太赫兹波探测元件、放大器电路、模数转换器和低通数字滤波器，其中，太赫兹波探测元件输出一与接收到的太赫兹波信号幅度成比例的直流探测信号，此直流探测信号经过放大器电路放大，放大器电路的输出信号经模数转换器转换为数字信号，输出的数字信号经低通数字滤波器滤除高频噪声而取出所需要的探测信号。
作为优选，太赫兹波探测元件例如是一种基于场效应晶体管的太赫兹波探测元件，包括天线、匹配网络以及用于探测的场效应晶体管，天线接收到的太赫兹波信号经过匹配网络传输给场效应晶体管的源极，所述的匹配网络是单个传输线段、并联短截线、串联短截线、双短截线中的一种，场效应晶体管的栅极外接固定偏置，场效应晶体管漏极则输出一与接收到的太赫兹波信号幅度成比例的直流探测信号。
作为优选，放大器电路例如是采用电学斩波技术抑制放大器自身低频闪烁噪声的仪表放大器，其包括放大器和位于所述放大器输入、输出端的两个电学斩波器。其中，电学斩波器优选包括四个场效应晶体管。其原理是太赫兹波探测元件输出的直流探测信号经第一个电学斩波器调制后转移到比较高的频段，然后才送给放大器进行放大，从而在频域上将太赫兹波探测元件输出的探测信号与位于低频的放大器自身的闪烁噪声分隔开，之后通过第二个电学斩波器解调将放大的探测信号解调回直流，而位于低频的放大器自身的闪烁噪声则被调制到高频，在放大器电路后端接过采样型模数转换器，输出的数字信号经过低通数字滤波器滤除掉被调制到高频的放大器自身低频闪烁噪声，从而达到降噪的目的。
作为优选，模数转换器是过采样型模数转换器。
作为本发明的另一个方面，本发明还可在硅基工艺上实现。其中，太赫兹波探测元件中场效应管可采用互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺中的金属-氧化物-半导体场效应晶体管，天线以及匹配网络可直接采用互补金属氧化物半导体工艺中的金属实现。放大器电路、模数转换器和低通数字滤波器都可在互补金属氧化物半导体工艺中实现。
下面结合附图对本发明的技术方案进行进一步的阐述说明。
如图1所示，太赫兹波探测器包括太赫兹波探测元件、放大器电路、模数转换器和低通数字滤波器，其中，太赫兹波探测元件输出一与接收到的太赫兹波信号幅度成比例的直流探测信号，此直流探测信号经过放大器电路放大，放大器电路的输入端一端接太赫兹探测元件的输出端，另一端接地，模数转换器将经放大器电路放大的直流探测信号转换为数字信号，输出的数字信号经低通数字滤波器滤除高频噪声从而取出所需要的探测信号。
太赫兹波探测元件是一种基于场效应晶体管的太赫兹波探测元件，如图2所示，包括天线、匹配网络以及用于探测的场效应晶体管，天线接收到的太赫兹波信号经过匹配网络传输给场效应晶体管的源极，所述的匹配网络是单个传输线段、并联短截线、串联短截线、双短截线中的一种，场效应晶体管的栅极外接固定偏置，场效应晶体管漏极则输出一与接收到的太赫兹波信号幅度成比例的直流探测信号。
放大器电路是采用电学斩波技术抑制放大器自身低频闪烁噪声的仪表放大器，如图3所示，其包括放大器和位于所述放大器输入、输出端的两个电学斩波器，所述电学斩波器包括四个场效应晶体管。其原理是太赫兹波探测元件输出的直流探测信号经第一个电学斩波器调制后转移到时钟信号的频率，然后才送给放大器进行放大，从而在频域上将太赫兹波探测元件输出的探测信号与位于低频的放大器自身闪烁噪声分隔开，之后通过第二个电学斩波器将放大的探测信号解调回直流，而位于低频的放大器自身闪烁噪声则被调制到时钟信号的频率，在放大器电路后端接过采样型模数转换器，输出的数字信号经过低通数字滤波器滤除掉被调制到时钟信号频率的放大器低频闪烁噪声，从而达到降噪的目的。
图4为本发明的放大器所采用的电学斩波技术实现图，其中采用了四个场效应管实现。而对于本领域技术人员公知的是，上述放大器电路部分还可以采用公知的多种其它降噪方式来实现，同样可以实现本发明的目的。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种带有读出电路的太赫兹波探测器，其特征在于，包括：
太赫兹波探测元件，用于输出一与接收到的太赫兹波信号幅度成比例的直流探测信号；
放大器电路，用于将所述太赫兹波探测元件输出的直流探测信号进行放大，并输出到模数转换器；其中，所述放大器电路是采用电学斩波技术抑制放大器自身的低频闪烁噪声的仪表放大器；
模数转换器，用于将所述放大器的输出信号转换为数字信号，并输出到低通数字滤波器；
低通数字滤波器，用于将输入的数字信号滤除高频噪声而取出所需要的探测信号。
2.根据权利要求1所述的带有读出电路的太赫兹波探测器，其特征在于，所述太赫兹波探测元件包括天线、匹配网络和场效应晶体管，其中所述天线接收到的太赫兹波信号经过所述匹配网络传输给所述场效应晶体管的源极，所述匹配网络是单个传输线段、并联短截线、串联短截线、双短截线中的一种，所述场效应晶体管的栅极外接固定偏置，所述场效应晶体管的漏极输出一与接收到的太赫兹波信号幅度成比例的直流探测信号。
3.根据权利要求1所述的带有读出电路的太赫兹波探测器，其特征在于，所述放大器电路中包括放大器和位于所述放大器输入、输出端的两个电学斩波器。
4.根据权利要求3所述的带有读出电路的太赫兹波探测器，其特征在于，所述电学斩波器包括四个场效应晶体管。
5.根据权利要求3所述的带有读出电路的太赫兹波探测器，其特征在于，所述太赫兹波探测元件输出的直流探测信号经第一个电学斩波器调制后转移到比较高的频段，然后才送给放大器进行放大，从而在频域上将太赫兹波探测元件输出的探测信号与位于低频的闪烁噪声分隔开，之后通过第二个电学斩波器解调将放大的探测信号解调回直流，而位于低频的放大器自身的闪烁噪声则被第二个电学斩波器调制到高频，在放大器电路后端接过采样型模数转换器，输出的数字信号经过低通数字滤波器滤除掉被调制到高频的放大器自身低频闪烁噪声，从而达到降噪的目的。
6.根据权利要求1所述的带有读出电路的太赫兹波探测器，其特征在于，所述模数转换器是过采样型模数转换器。
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Families Citing this family (13)
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| CN108225575B (zh) * | 2016-12-15 | 2021-03-23 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 太赫兹信号探测装置 |
| CN109302573B (zh) * | 2018-09-20 | 2020-09-01 | 天津大学 | 一种带时钟自动校准单元的太赫兹图像传感器读出电路 |
| CN109556711B (zh) * | 2018-10-18 | 2021-02-26 | 天津大学 | 一种基于并联对管结构的场效应晶体管太赫兹探测器 |
| CN109547717A (zh) * | 2018-10-31 | 2019-03-29 | 中国科学院半导体研究所 | 太赫兹波阵列图像传感器芯片 |
| CN109632094B (zh) * | 2018-11-30 | 2021-02-05 | 天津大学 | 基于周期性光栅化栅漏极mosfet太赫兹探测器 |
| CN109855732B (zh) * | 2018-11-30 | 2021-03-16 | 天津大学 | 基于周期性光栅化漏极金属栅mosfet太赫兹探测器 |
| CN109521496B (zh) * | 2018-12-24 | 2020-09-08 | 广东工业大学 | 基于介质谐振天线的nmosfet太赫兹探测器和方法 |
| CN109831169B (zh) * | 2019-03-11 | 2021-06-01 | 电子科技大学 | 基于低通滤波器片外补偿的太赫兹放大器芯片结构 |
| CN112583363A (zh) * | 2019-09-29 | 2021-03-30 | 天津大学 | 一种温度补偿式低噪声太赫兹读出电路 |
| CN112230297B (zh) * | 2020-09-03 | 2024-04-09 | 广东工业大学 | 基于n×m多频天线阵列和sbd阵列的探测器 |
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| CN113551770B (zh) * | 2021-07-23 | 2023-12-29 | 中国科学院半导体研究所 | 一种太赫兹波幅相读出装置 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101002382A (zh) * | 2004-06-15 | 2007-07-18 | 模拟设备股份有限公司 | 电流模式检测仪表放大器 |
| CN103943964A (zh) * | 2014-04-01 | 2014-07-23 | 天津工业大学 | 一种基于CMOS制造工艺的Si基场效应晶体管环形太赫兹探测器天线 |
Family Cites Families (1)
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|---|---|---|---|---|
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101002382A (zh) * | 2004-06-15 | 2007-07-18 | 模拟设备股份有限公司 | 电流模式检测仪表放大器 |
| CN103943964A (zh) * | 2014-04-01 | 2014-07-23 | 天津工业大学 | 一种基于CMOS制造工艺的Si基场效应晶体管环形太赫兹探测器天线 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Design of 1-Thz field effect transistor detectors in 180nm standard CMOS process;LIU Zhao-yang et al.;《SPIE Proceedings Publications》;20130823;第3-6页第2节，图1、7 * |
| 低噪声太赫兹Microbolometer读出电路;刘新华等;《电子测量技术》;20130415;第36卷(第4期);第77-79页，图2、3 * |
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